Шихта для получения лигатур из тугоплавких металлов в виде брикетов Советский патент 1993 года по МПК C22B1/24 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности .к лигатурам на основе тугоплавких металлов для легирования сплавов черных и цветных металлов.

Известна шихта, содержащая порошок тугоплавкого металла, для приготовления лигатуры в виде штабика, Основным недостатком шихты являются большие трудоемкость и материалоемкость при производстве спеченных штабиков, что обуславливает их высокую себестоимость и малую рентабельность производства сплавов, содержащих тугоплавкие металлы.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является шихта для получения лигатуры в виде

формованного брикета, содержащая порошок тугоплавкого металла и связующее из группы крахмала, декстрина и дегтя.

Недостаток известной шихты состоит в том, что при содержании связующего в количестве 8-9 мас.% в лигатуре возрастает содержание кремния, углерода, фосфора, водорода и других вредных примесей, и такой брикет не может использоваться для получения качественных сталей и сплавов.

Содержание связующего вещества в брикете в количестве 0,5-3,0 мас.% повышает чистоту брикета до уроа ня, достаточного для получения качественных сталей и сплавов, однако при этом брикет теряет механическую прочность, необходимую для его автоматической транспортировки в расплав.

vi

00 4

CS VJ

ы

Целью изобретения является повышение механической прочности брикета.

Для достижения поставленной цели шихта для получения лигатур изтугоплавких металлов в виде брикетов, содержащая порошок тугоплавкого металла и связующее вещество, дополнительно содержит порошок соответствующего окисленного тугоплавкого металла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: окисленный порошок тугоплавкого металла 5,2- 15,1; связующее вещество 0,5-3,0; порошок тугоплавкого металла остальное и общим содержанием кислорода в брикете 0,5-1,0 мас.%, при этом количество порошка окисленного тугоплавкого металла определяют по следующему выражению:

M-k(1-Ј.)Ј Ј100,

oY y-yi

где М - количество окисленного порошка тугоплавкого металла, мас.%;

k - фактор формы зерна;

di - средний размер зерна порошка тугоплавкого металла, мкм; . ..

ds --средний размер зерна окисленного порошка тугоплавкого металла, мкм;

у - теоретический удельный вес порошка тугоплавкого металла, н/м3;

yi - насыпной вес порошка тугоплавкого металла, - .

У2 -насыпной вес окисленного порошка тугоплавкого металла, н/м3.

Окисленный тугоплавкий металл способствует развитию и разрыхлению поверхности порошинок и образованию пористой Структуры порошковых частиц. Равномерно распределенный в объеме шихты окисленный порошок тугоплавкого металла в количестве, определенном из выражения для М, улучшает ее смачиваемость связующим веществом и адгезию связующего к тугоплавкому металлу, что приводит к значительному повышению механической прочности брикета.

Фактор формы k учитывает влияние формы зерна порошка на величину поверхностного натяжения на границе связующее вещество - тугоплавкий металл и смачиваё- мость порошка связующим. Для зерен со сферической формой k принимает наибольшее значение, равное 0,7; для зерен осколочной и полиэдрической форм - 0,3-0,5; пластинчатые и игольчатые порошинки имеют фактор формы, равный 0,5-0,7;

Средние размеры зерна порошков тугоплавкого металла и его окисленной части и их насыпной вес в значительной мере определяют степень развитости поверхности и пористости структуры частиц окисленного порошка тугоплавкого металла по сравнению с основной массой тугоплавкого металла.

При содержании в шихте окисленного порошка тугоплавкого металла в количестве меньшем, чем определено из выражения для М, содержании связующего, меньшем

0,5 мас.%, и при общем содержании в брикете кислорода менее 0,5 мас.% не достигается механическая прочность брикета, достаточная для его автоматической транспортировки в расплав.

При содержании в шихте порошка окисленного тугоплавкого металла в количестве, большем величины, определенной из выражения для М, ослабляются контакты между частицами порошка тугоплавкого металла

за счет большого количества оксидных пленок на их поверхности, что приводит к заметному уменьшению механической прочности брикета.

При содержании кислорода в брикете,

большем 1,0 мас.%, резко ухудшается качество легируемых сталей и сплавов из-за снижения скорости растворения брикета в расплаве и увеличения в них выше допустимого значения концентрации вредного кислорода.

Содержание связующего вещества более 3,0 мас.% приводит к повышению концентрации вредных примесей, что исключает возможность использования лигатуры для получения качественных сталей и сплавов.

Шихту получают следующим образом. Предварительно определяют средние размеры зерна и насыпные веса порошка

тугоплавкого металла и окисленного порошка тугоплавкого металла. Рассчитывают содержание окисленного порошка тугоплавкого металла. Степень окисления порошка тугоплавкого металла и количество

связующего вещества подбирают так, чтобы содержание кислорода в брикете составляло 0,5-1,0 мас.%. Окисленный порошок тугоплавкого металла смешивают с основной массой порошка тугоплавкого металла в

смесителе любого типа в течение 0,5-2 ч, вводят в шихту связующее вещество в количестве 0,5-3,0% от массы брикета и перемешивают в течение 0,5-1 ч, затем из полученной смеси формуют брикеты.

За критерий механической прочности принимали среднюю величину временного сопротивления разрушению при сжатии, измеренную на 10 цилиндрических брикетах диаметром 20 мм, а также количество разрушившихся при автоматической транспортировке 100 брикетов в расплав.

Пример 1. Исходными материалами для получения брикетов служили порошок молибдена полиэдрической формы со средним диаметром частиц сМ 24.1 мкм и насыпным весом yi 5,2- 104 Н/м и окисленный порошок молибдена, содержащий 1,8 мас.% кислорода, со средним размером зерна 28,4 мкм и насыпным весом у2 3,8 -104 Н/м .Теоретическийудельный вес молибдена у составляет 10,2 104 Н/м3. Фактор формы k принимали равным 0,45. Содержание окисленного порошка тугоплавкого металла определяли следующим образом:

М 0,45 (1-Щ)х

X

110.2-5.2) х 10 Х100...гмае%

(10,2 - 3,8) X 104

Окисленный порошок и основную массу молибденового порошка в рассчитанном соотношении смешивали в барабанном смесителе в течение 2 ч. В приготовленную шихту методом душирования вводили жидкое стекло в количестве, равном 2% от массы брикета, затем перемешивали в шнековом смесителе в течение 30 мин. Из полученной смеси методом одноосного формования изготовили брикеты цилиндрической формы. Содержание кислорода в брикете составляло 0,8 мас.%. Полученные брикеты имели среднюю величину временного сопротивления разрушению при сжатии, равную 520 МПа. Из 100 брикетов ни один не разрушился при автоматическом транспортировании в расплав (опыт 1, табл.).

П р и м е р 2. Исходными материалами для получения брикетов являлись порошок вольфрама осколочной формы со средним размером зерна сН 18.3 мкм и насыпным весом 5,8 -104 Н/м3 и окисленный порошок вольфрама,содержащий 1,1 мас.% кислорода со средним размером зерна d2 23,8 мкм и насыпным весом у% 5,1 -104 Н/м . Теоретический удельный вес вольфрама у составляет 19,3 -10 Н/м3. Фактор формы k принимали равным 0,35. Содержание окисленного порошка вольфрама определяли следующим образом:

М - 0,35

18,3Ч

(1-ш)

0

5

0

х (19.3-5.8) х10,6|6мас:% (19,3-5,1) 104

Окисленный порошок и основную массу порошка вольфрама смешивали в рассчитанном соотношении в смесителе. В приготовленную шихту добавляли смолу в количестве, равном 1,5 мас.%, з.атем перемешивали в шнековом смесителе в течение 1 ч. Из полученной смеси формовали брикеты цилиндрической формы. Содержание кислорода в брикете составляло 0,6 мас.%. Брикеты имели среднюю величину временного сопротивления разрушению при сжатии, равную 560 МПа. Из 100 брикетов ни один не разрушился при автоматической транспортировке в расплав (опыт 10, табл.).

В таблице приведены примеры реализации предлагаемой (опыты 1-4, 10, 12, 13) и известной (опыты 9, 11) шихт, а также при запредельных значениях компонентов (опыты 5-8). В опытах 1-9 в качестве исходных материалов использовались порошки мо- с либдена, в опытах 10-13 - порошки вольфрама.

Как следует из данных таблицы брикеты, изготовленные из предлагаемой шихты, имеют среднюю величину временного сопротивления разрушению при сжатии в 2,3 раза выше по сравнению с прототипом, что обеспечивает их высокую механическую прочность и исключает разрушение при автоматической транспортировке брикетов в расплав.

Формула изобретения

Шихта для получения лигатур из тугоплавких металлов в виде брикетов, содержащая порошок тугоплавкого металла и связующее вещество, отличающаяся тем, что, с целью увеличения механической прочности брикетов, она дополнительно содержит порошок соответствующего окисленного тугоплавкого металла при следующем соотношении ингредиентов, мзс.%:

Окисленный порошок

тугоплавкого металла

Связующее вещество

Порошок тугоплавкого

металла

при общем содержании

кислорода

в брикете

при этом количество порошка окисленного тугоплавкого металла равно рассчитанному по следующему выражению, мас.%:

У-У2

0

5

0

5

0

5

М

)

d2

5,2-15.1 0,5-3.0

Остальное

0,5-1,0

100,

где М - количество окисленного порошка тугоплавкого металла;

k - фактор формы зерна;

di - средний размер зерна порошка тугоплавкого металла, мкм;

d2 - средний размер зерна окисленного порошка тугоплавкого металла, мкм;

у-теоретический удельный вес порошка тугоплавкого металла, Н/м3;

yi - насыпной вес порошка тугоплавкого металла, Н/м3;

уа - насыпной вес окисленного порошка тугоплавкого металла, Н/м3.

Сущность: шихта имеет состав, мас.%: окисленный порошок тугоплавкого металла 5,2-15,1; связующее вещество 0,5-3,0; порошок тугоплавкого металла остальное, при общем содержании кислорода в брикете 0,5-1,0 мас.%. Количество порошка окисленного тугоплавкого металла рассчитано последующему выражению: М k 1-{di/d2)J (У УО/6/ 100% мае, где М - количество окисленного порошка тугоплавкого металла; k - фактор формы зерна; di - средний размер зерна порошка тугоплавкого металла, мкм; d2 - средний размер зерна окисленного порошка тугоплавкого металла, мКм; у - теоретический удельный вес порошка тугоплавкого металла, н/м3; у - насыпной вес порошка тугоплавкого металла, н/м3; уг - насыпной вес окисленного порошка тугоплавкого металла, и/м3, 1 табл. (Л С

Продолжение таблицы

Продолжение таблицы